خوش آمدید

در این مقاله :  انواع الکترود های جوش با قوس الکتریکی(قسمت دوم)

برای مشاهده روی ادامه ی مطلب کلیک کنید

انواع الکترود های جوش با قوس الکتریکی(قسمت دوم)

خصوصيات کاری الکترودها :

مواد تشکیل دهنده روپوش الکترود نه تنها خواص فیزیکی و شیمیایی جوش را تعیین می کند . بلکه خصوصیات کاری الکترود را نیز روشن می سازد . استفاده از الکترودهای مختلف نیاز به فنون مختلفی دارد بنابراین این الکترودها را می توان مطابق خصوصیات کاری و شرایط اتصالات جوش شونده به عنوان پر کن، پی گیر سریع و شکل گیر سریع طبقه بندی نمود

 
الکترود پر کن سريع :الکترود پرکن سریع سرعت جوشکاری بالایی دارد و نقطه مقابل الکترود شکل گیر سریع (الکترود با انجماد سریع) می باشد
گروه الکترود پر کن سریع شامل الکترودهای روپوش دار ضخیم ،پودر آهنی می باشند . که بطور گسترده ای برای جوش های گلوئی و شیاری عمیق مورد استفاده قرا می گیرند . الکترود پر کن سریع به طور ویژه ای برای جوشکاری سریع در حالت تخت طراحی شده است . سرعت جوشکاری آن زیاد پاک کردن سرباره آن آسان است . بریدگی کناره کمی دارد و قوس آن نرم و نفوذ آن کم است . یعنی به مقدار کمی فلز مینا و فلز جوش را مخلوط می نماید . ظاهر جوش خیلی صاف است . رویه تخت تا قدری محدب دارد و پاشیدگی آن کم است . بعضی از این الکترود ها برای جوشکاری حالت غیر عادی تدارک شده اند که خصوصیات منجمد شوندگی آنها سریع تر است مثل الکترود Exx14 . الکترود های Exx24 وExx27 عموما برای جوشکاری گلوئی های تخت و شیاری بکار برده می شوند

 
الکتروده پی گير سريع :این گروه از الکترودها به عنوان الکترودهای پر کن زودگیرنیز معروف هستند .آنها خصوصیات ترکیبی پرکنی سریع و شکل گیری سریع را دارا می باشند . در انجام جوشهای لب رولب یا جوشهای ورق نازک فلزی برای تشکیل جوش ، فلز اضافی کمی لازم است . اقتصاد ترین را جوشکاری این نوع اتصال حرکت سریع می باشد به علت آن که بدنبال حرکت قوس ، لازم است هرچه سریعتر چاله تشکیل شود . این نوع الکترودها به الکترودپی گیر سریع معروف هستند . این الکترود قوس نسبتا قوی و نفوذ متوسط دارد . این الکترود همراه با شدت جریان کمتر و ورودی حرارت کمتر ، مساله سوختگی درونی را کاهش می دهد . عموما الکترودهای پی گیر سریع به عنوان الکترودهای قطبیت مستقیم معروف هستند ولی می توانند با جریان متناوب نیز کار کنند . این الکترودها سرباره کاملی دارند و مهره های جوش فلس های صاف دارد . این نوع الکترود ها در کارگاه های تولیدی مصارف عمومی داشته و برای کار تعمیر نیز به طور گسترده استفاده می شوند .در کارگاههای که با ورق نازک سروکار دارند از الکترود پی گیر سریع برای جوشکاری عمومی به صورت سرازیر استفاده می کنند

مثال : این الکترود ها برای جوشکاری با جریان مسقیم Exx12 و برای جوشکاری با جریان متناوب Exx13

الکترود شکل گير سريع : الکترودهای شکل گیر سریع یا الکترود با انجماد سریع جوشی تولید می کند که بسرعت منجمد می شود و شکل می گیرد . این نوع موضوع برای جوشکاری در حالتهای عمودی و سقفی حائز اهمیت است و از ریزش فلز مذاب جلوگیری می شود. الکترودهای شکل گیر سریع قوس قوی و نفوذ عمیق دارند و به الکترود های با قطبیت معکوس معرروفند گرچه بعضی از آنها با جریان متناوب هم کار می کنند . سرباره این الکترود کم است و مهره های تخت تولید می کنند .

با چند استثنا این الکترود ها جوشکاری عکسی (کنترل کیفیت جوش با پرتونگاری )تولید می کنند . و در کارهای کدی لوله و مخزن تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرند .
این الکترود ها در ساخت و تعمیر برای جوشکاری در همه حالتها به طور گسترده ای به کار برده می شود .

الکترود مرکب : بعضی از اتصالات خصوصیات الکترود ها ی پر کن سریع و شکل گیر سریع را جا لازم دارند بهترین الکترود های شکل گیر سریع یا الکترودهای با ا نجماد سریع الکترودهای Exx10 و Exx11 هستند . الکترود پودر آهنی و مناسب برای همه حالتها که خصوصیات پر کنی سریع و ا نجماد سریع را با هم دارد آنرا الکترود Exx14 می باشند . الکترود Exx14 حالت پر کنی سریع دارد . نه به اندازه Exx10 انجماد سریع دارد بلکه ترکیبی بین این دو می باشد و از این رو الکترود Exx14 الکترود مرکب گفته می شود .

الکترود کم هيدروژن : روپوش این الکترودها کم هیدروژن یا عملا بی هیدروژن هستند . الکترودهای گم هیدروژن جوشهای بدون ترک ریز و زیر مهره ای تولید می کنند و قابلیت نرمی استثنا ئی دارند .

در جوشهای فولادهای گوگرد دار تخلخل ایجاد ننموده و جوشها از نظر پرتو نگاری دارای کیفیت مطلوبی هستند . به دلیل آنکه استفاده از الکترود کم هیدروژن نیاز به گرمایش را کا هش مید هد مصرف عمده آن در جوشکاری فولادهای سخت جوش و فولادهای آ لیاژی با مقاومت کششی بالا می باشد .
E7028 E 7018 E7016 E7015 به بعنوان مثال: این الکترودها عبارتند از: ٍExx28 و Exx18

الکترود پود آ هنی : پودر آ هن در روپوش بسیاری از الکترودها اضا فه می شود . پودر آ هن در حرارت شدید قوس تبدیل به مذاب شده و به فلز جوش استفاده میشود . وقتی پودر آ هن در مقادیر نسبتا زیاد 30 درصد بیشتر به روپوش اضافه میشود سرعت جوشکاری بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد و پاک کردن سرباره آسان تر می گردد . ضاهر جوش خیلی صاف است . مثال : برای الکترودهای پودر آهنی می توان الکترودهای ٍE7027 , E7028 , E7024 را نام برد

زاويه دادن به الکترود در وضعيت های مختلف جوشکاری Electrode Angle

علاوه بر سه حرکت اشاره شده در بالا جوشکار باید الکترود را با زاویه ، معین و مشخص نسبت به سطح کار و امتداد جوش نگه دارد . زاویه بین الکترود با خط عمود بر جوش در صفحه طولی را زاویه راهنما Lead angle و زاویه الکترود با خط عمود برجوش در صفحه عرضی را زاویه کار می گویند . وضعیت صحیح الکترود باعث کاهش ذرات حبس شده سرباره در جوش و تقلیل زیر جوش under cUT می شود . در میانه کار معمولا جوشکار باید برای قرار دادن الکترود های جدید قوس را چندین بار مرتبا قطع کند . اگر قوس در نتیجه عقب کشیدن آنی الکترود قطع شود حفره ای کاسه شکل بدون اینکه از فلز مذاب کافی پر شود ایجاد می گردد که شبیه دهانه آتش فشان می باشد و احتمال ایجاد عیوب در این ناحیه زیاد است برای جولوگیری از وقوع این دهانه بر روی باند جوش در خاتمه هر الکترود بهتر است الکترود را به آهستگی به عقب در سر تا سر گرده جوش کشیده و همزمان طول قوس را افزایش داد . قبل از شروع الکترود بعدی باید این ناحیه را تمیز کرد تا از محبوس شدن سرباره اجتناب شود . قوس در الکترود بعدی پیشاپیش دهانه شروع و به عقب برگشت داده تا انتهای قبلی باند جوش را در بر گیرد . نقطه تعویض الکترود یک منبع جدی برای تجمع سرباره و حباب گاز و فقدان ذوب کامل جوش است . این قسمت از عملیات جوشکاری احتیاج به مهارت زیاد دارد تا بتوان جوش با کیفیت خوب تولید نمود . همانطور که قبلا اشاره شد انتهای الکترود باید به اندازۀ کافی به کار نزدیک باشد تا قطرات مذاب مستقیم از الکترود به حوضچه جوش منتقل شود . طول قوس فاصله بین انتهای الکترود و حوضچه جوش است که تا حدودی تابع نوع پوشش الکترود و شرایط کار می باشد . به طور کلی طول قوس نباید از قطر هسته الکترود بیشتر باشد و جوشکار باید با مهرت و تجربه ای که دارد آنرا کنترل کند . طول قوس کنترل کننده ولتاژ قوس بوده و بر سرعت پیشرفت جوش و راندمان آن تاثیر می گذارد . با قوس کوتاه شدت جریان افزایش یافته و در نتیجه نرخ رسوب زیاد می شود . در حالیکه قوس بلند احتمال اکسیده و نیتره شدن مذاب را بیشتر کرده و مقداری حرارت قوس تلف شده و تولید جرقه به مراتب بیشتر می شود . اگر لازم است که چندین پاس و لایه جوش کناره و یا روی هم رسوب داده شود باید توجه داشت که سرباره از روی لایه های قبلی کاملا پاک شود در مواردی که پاس ها کنار یکدیگر قرار می گیرند به منظور حذف زاویه تندبین دو پاس و کاهش موضع تمرکز تنش حاصل از آن الزامی است

حرکت الکترود :

پس از شروع قوس الکتریکی ، جوشکاری باید قوس الکتریکی را به داخل محل اتصال جهت دهد تا فلز جوش در محل مورد نظر رسوب داده شود . برای اینکار جوشکار باید سه حرکت را همزمان بطور یکنواخت و قابل کنترل انجام دهد که عبارت است از :

الف: تثبیت فاصله نوک الکترود با سطح مذاب حوضچه جوش یا انطباق همزمان ذوب الکترود و حرکت آن سوی و سمت جوش

ب: حرکت الکترود و قوس در سر تا سر مسیر جوش که در اصل سرعت پیشرفت جوشکاری است

ج: در صورت لزوم حرکت های زیگزاکی یا موجی متناسب با وضعیت جوش ، تا نیروی قوس فلز مذاب را در محل مورد لزوم هدایت داده نگه دارد و سر باره را نیز به اطراف جارو کند .لازم به تذکر است که این حرکت ها باید به طریقی انجام شود تا باعث حبس شدن ذرات سرباره در جوش یا وارد شدن هوای اتمسفر به محفظه قوس نشود .

نرخ يا ميزان ذوب الکترود : Melting rate

طول الکترود ذوب شده در دقیقه را نرخ ذوب الکترود می نامند . نرخ ذوب الکترود به عوامل مختلفی بستگی دارد و در شرایط مشابه (از نظر اندازه و شدت جریان ) در موتورهای زنراتور بیشتر از ترانسفورماتورهای یکسوکننده و در ترانسفورماتورهای یکسو کننده بیشتر از ترانسفورماتورهای AC است . برای منبع با قدرت معین نرخ ذوب با ازدیاد شدت جریان افزایش می یابد . ولی شدت افزایش در الکترودهای ضخیم تر کمتر از الکترودهای باریک است . باید توجه داشت که در شدت جریان های خیلی زیاد به علت وزش قوس و جرقه و حرارت مقاومتی زیاد در الکترود ، نرخ ذوب دوباره اندکی کاهش می یابد .

انتقال فلز از الکترود به حوضچه مذاب Metal transfer Droplet transfer

انتقال فلز مذاب از الکترود مصرفی به طرف حوضچه جوش اثر مهمی بر روی استفاده فرآیند جوشکاری و قابلیت آنها برای اتصال در وضعیت های مختلف دارد . نحوه انتقال قطرات مذاب ممکن است بر روی میزان عمق نفوذ پایداری حوضچه جوش و مقدار ترشح و جرقه نیز تاثیر داشته باشد .انواع مکانیزههای انتقال فلز از الکترود به حوضچه جوشی در شکل زیر نشان داده می شود .

شكل (a): Spray transfer        

سكل (b): Globular transfer          شكل (c): Short circuit transfer

انتقال ثقلی يا کروی : Globular Transfer Gravitation Transfer

در این مکانیزم قطر قطرات ذوب شده از الکترود مساوی یا بزرگتر از قطر الکترود است

.

جوشکاری با الکترود از نوع کم هیدروزن جوشکاری قوس با گاز Co2 با جریان بالا و جوشکاری MIG با جریان پایین این نوع انتقال فلز را دارا می باشد . در این مکانیزه جرقه یا ترشح براحتی بوقوع می پیوندد

انتقال مدار بسته يا پلی :  Short Circuit Transfer در این مکانیزم قطرات ذوب شده در انتهای الکترود با حوضچه جوش به صورت پلی قرار می گیرند . جوشکاری قوس با گاز محافظ با جریان پایین این نوع مکانیزم انتقال را دارا می باشد .این نوع جوشکاری برای جوشکاری ورقهای نازک با عمق نفوذ کم و در جاهایی که جوشکاری یکطرفه بوده و بستر جوش با کیفیت مناسب در جهت دیگر مد نظر می باشد مناسب است .

انتقال اسپري يا انتقال ريزش شديد :Spray  transfer

در اين مكانيزم قطرات با قطر كوچكتر از قطر الكترود از ميان ستون قوس به سمت حوضچه پرتاب مي شوند . جوشكاري MIG با جريان نسبتا بالا و جوشكاري با الكترود ا زنوع اكسيد تيتانيم بالا اين نوع انتقال را دارا مي باشد . قوس در اين حالت معمولا پايدار بوده و جرقه كمي توليد مي كند .

نيروهايي كه در انتقال فلز از الكترود به حوضچه جوش نقش دارند عبارتند از:

الف : كشش سطحي

ب : شتاب ثقل (وزن )

ج : نيروي الكترومغناطيس

د : هيدرو ديناميك در اثر جريان و جنبش گازها

معمولا نوع انتقال به تركيب الكترود و فلاكس ، قطر الكترود ،قطب الكتريكي ،گاز محافظ و عوامل ديگر بستگي دارد. براي ثبت و مشاهده و نحوه انتقال فلز از الكترود به حوضچه جوش از دوربين هاي فيلمبرداري با سرعت بالا (10000 فيلم در ثانيه ) استفاده مي شود .

الکترود

جنس هسته الکترود :

بطور کلی متریال مورد استفاده در ساخت هسته الکترود را بدو گروه عمده تقسیم می کنند .

الف:گروه آهنی : نظیر فولاد

ب:گروه غیر آهنی : نظیر مس ، آلومینیوم

لازم به توضیح است که در گروه آهنی هم از فولاد های ساده کم کربن بهره می گیرند و هم از فولادهای آلیازی .

مثلا برای جوشکاری فولاد های ضد زنگ از الکترودهایی استفاده می کنند . که جنس هسته آن از فولاد پر آلیاژ باشد . این الکترودها در بازار به الکترودهای استیل معروفند .

مواد سازنده پوشش الکترود :

الف:سلولز : ترکیب شیمیایی غیر کامل از خمیر چوب که تولید کننده گاز COو H2 می باشد .

ب: اکسید تیتانیوم که نام دیگر آن روتایل است .   (Tio2)

ج: اکسید آلومینیوم که نام دیگر آن آلومنیی است . (Al2o3)

د: اکسید آهن .

ه: کربنات آهن کربنات کلسیم کربنات منیزیم .

و: فلدسپات (که ترکیبی از آلومنینیم سیلسکات است ) .

ز: بعضی از سیلسکات ها که سرباره ساز هستند .

ح: بعضی از سیلسکات ها که نقش چسب را دارند مثل سیلیکات سدیم و سیلیکات پتاسیم .

ط: فرو آلیاژ ها مثل فرمنگنز و فرو سیلیس .

ی: پودر آهن از 5 تا 50 در صد .

وظایف پوشش الکترود :

الف : فضای گازی و سرباره محافظ را بوجود می آورد و حوضچه مذاب را از تماس با اتمسفر محافظت می کند .

ب: پایدار کننده قوس می باشد .

ج: وظیفه افزون برخی عناصر آلیازی را به حوضچه جوش بر عهده دارد .

د : به کمک ویسکوزیته ای که دارد شکل گردۀ جوش را منظم و قانونمند می کند .

ه: پوشش از سریع سرد شدن جوش جلوگیری کرده و رسیدن به خواص مکانیکی مطلوب را ممکن می سازد .

و : کاهش دهنده پاشش فلز جوش به اطراف بوده و عمل رسوب فلز را به حوضچه تسهیل می بخشد .

ز: تشکیل سرباره داده و لزا واکنش های سرباره و فلز مذاب را خواهیم داشت که این امر در تصفیه نا خالصی ها از حوضچه مذاب کمک خواهد کرد .

ح: بر روی می زان نفوذ قوس تاثیر خواهد داشت

همانطور که می توان انتظار داشت الکترودی ساخته نشده است که کلیه خواسته ها را در تمام شرایط پاسخگو باشد  بنابر این انواع گوناگون الکترود تولید می شود که هر نوع آن مناسب برای درخواست های خاصی است .عناصر مختلفی در پوشش الکترود بکار گرفته می شود که در هنگام ساخت الکترود پس از انتخاب مواد پوشش آنها را مخلوط کرده و با اضافه کردن مواد چسبنده (چسب شیشه) بصورت خمیر در می آورند . سپس این خمیر را از طریق اکسترود (Extrude) بر روی میله فولادی بصورت یکنواخت پوشش می دهند و پس از خشک کردن در کوره پخته می شوند .

طبقه بندی پوشش های الکترود ها :

این طبقه بندی بر  اساس استاندارد جهانی ISO ارائه شده است . بر اساس پوشش ها را به شش کلاس تقسیم می کنند .

کلاس اول یا سلولزی : پوشش این نوع الکترودها از مقدار زیادی سلولز تشکیل شده است که در اثر سوختن آن مقداری زیاد هیدروزن و اکسید کربن به وجود می آید که قوس و حوضچه جوش را از اتمسفر محافظت می نماید . حضور این گازها در قوس الکتریکی با قدرت (یونیزه شدن) بالا ایجاد ولتاژ بالای قوس کرده و در نتیجه انرزی تولید شده بالا بوده و موجب نرخ بالای سوختن Bu off rate و عمق نفوذ جوش خوب می شود . قسمتس از ترکیبات سلولز در اثر حرارت مقاومتی تولید شده در هسته الکترود حین جوشکاری تمایل به تجربه دارد . گرم شدن الکترود هم چنین یک (افت)کوچک ولتاز قوس شده که احیانا می تواند ترکیب شیمیایی جوش راتغییر دهد . همانطور که می توان انتظار داشت چون بیشتر مواد کربنی و سوختنی در پوشش این نوع الکترودها است . در پایان سرباره کمی بر روی جوش باقی می ماند ولی قوس حاصل شده به علت (جت پلاسمای ) قوس این مکان را به الکترود می دهد تا در وضعیت های مختلف استفاده می شود . نبودن عناصر پایدار مننده قوس در پوشش موجب آن می شود تا این الکترود را با جریان الکتریکی یکنواخت و قطب مثبت بکار برند .

کلاس دوم و سوم یا رتیلی: اکسید تیتانیوم به صورت طبیعی آن (رتیل) پوشش اصلی این دو نوع الکترودها است . وجود مقدار زیادی مواد یونیزه کننده استفادده از الکترود را آسان می سازد . در نوع دوم به علت وجود ترکیبات بازی اضافه شده روان تر بوده و برای وضعیت های دیگر هم مناسب می باشد . یک نفوذ متوسط همراه با قوس ملایم و آرامیکی از مشخصات این نوع الکترود می باشد . به علت وجود رتیل و عناصر یونیزه کننده در پوشش الکترود می توان این گروه الکترودها را با جریان متناوب هم بکار برد .

کلاس چهارم یا اسیدی : پوشش این نوع الکترودها شامل اکسید ها و کربناتهای منگنز و آهن و مقداری سیلسیم می باشد . این پوشش تولید یک سرباره حجیم و روان کرده که نتیجه آن جوش با ظاهر بسیار صاف و تمیز می باشد .سر باره براحتی از روی جوش جدا می شود . هم چنین از وقوع ذرات سرباره محبوسشده در جوش چند (پاسه)می کاهد . با این الکترود می توان از جریان یکنواخت و متناوب استفاده کرد .

کلاس پنجم یا اکسیدی : اکسید آهن به مقدار زیاد در پوشش آن است و به علت سرباره سنگین مقدار نفوذ جوش کم بوده اما جوش حاصل پخ و صاف می باشد ولی دارای استحکام کمتری نسبت به جوش حاصل از الکترودهای دیگر است .

کلاس ششم یا بازی : احتمالا مهمترین نوع الکترود از نظر متالوژیکی است . پوشش الکترود شامل مقدار قابل ملاحضه ای کربنات کلسیم و فلورید آهک و فلوراسپار می باشد . به علت می زان رطوبت کم در پوشش الکترود جوش حاصل دارای می نیمم مقدار هیدروزن شده است . همه الکترودهای هیدروزن پائین لزوما از این نوع نیست . به علت تولید فلز جوش با هیدروزن کم ، این نوع الکترود برای جوشکاری فولادی کم آلیاژی که در مقابل (ترک برداشتن) منطقه مجاور جوش حساس هستند .بسیار مناسب می باشد همچنین جوش حاصل مقاومت خوبی در برار (ترک گرم) دارد.